無焊十字形截面屈曲約束支撐的試驗研究.pdf

1、屈曲約束支撐（Buckling-restrained braces，BRBs）作為一種新型金屬耗能元件，具有滯回性能穩(wěn)定、耗能能力強、制作成本較低等優(yōu)點，在國內(nèi)外得到了越來越多的應(yīng)用。本文針對BRB中仍然存在的一些問題進行了研究分析，并對屈曲約束支撐進行了優(yōu)化設(shè)計，從而達到高性能BRB的要求。本文通過三批試件的低周疲勞試驗研究了不同構(gòu)造BRB的低周疲勞性能以及耗能能力，并對試驗結(jié)果進行了對比分析。本文的主要內(nèi)容如下:
　　(1)對

2、BRB中摩擦力的產(chǎn)生原因以及摩擦力的存在對BRB性能的影響進行了理論分析，采用Fortran程序?qū)RB核心部件的受力過程進行了模擬，并與試驗結(jié)果相對比。結(jié)果表明，摩擦力的存在對BRB的性能有著重要影響。摩擦力的存在使得BRB核心部件中的應(yīng)力應(yīng)變分布不均，從而導(dǎo)致核心部件耗能分布不均，中間耗能多，兩端耗能少，最終出現(xiàn)核心部件中部的斷裂。另外摩擦力也是導(dǎo)致試件出現(xiàn)拉壓不對稱的主要原因。
　　(2)為了減小BRB中的摩擦力，同時達到高

3、性能BRB的要求，設(shè)計了第一批無焊十字形截面BRB。此批次試件的核心部件采用鑄造工藝直接鑄造成十字形截面，避免了焊接十字形截面中普遍存在的焊接殘余應(yīng)力。試驗結(jié)果表明，該類BRB的滯回性能穩(wěn)定，拉壓不對系數(shù)滿足規(guī)范要求，試驗結(jié)果主要的不足是低周疲勞性能不好。本批試件達不到高性能BRB的要求，主要原因是鑄造工藝達不到設(shè)計要求，導(dǎo)致試件上的缺陷較多，從而影響了低周疲勞性能。
　　(3)鑒于第一批試件的經(jīng)驗教訓(xùn)，設(shè)計了第二批BRB試件，此

4、批次試件的核心部件采用角鋼拼接的十字形截面。由于本批次試驗采用熱軋角鋼拼接的方法，避免了第一批試件中不可控缺陷的產(chǎn)生。試驗結(jié)果表明，該類支撐的滯回性能穩(wěn)定，第一根角鋼斷裂前，試件的累積塑性變形分別達到2165、4176和1957，遠大于AISC的建議值200，滿足高性能BRB的要求。此外在第一根角鋼斷裂后，剩余角鋼仍具有耗能能力。三根試件的拉壓不平衡系數(shù)均在1.1以下，滿足AISC規(guī)定的1.3限值。
　　(4)設(shè)計了三根表面帶槽鋼

5、襯板的BRB試件和一根普通BRB試件，并進行了低周疲勞試驗。試驗結(jié)果表明，設(shè)計的四根BRB滯回性能穩(wěn)定，低周疲勞性能較好，CPD均能達到2000以上，滿足高性能BRB的要求。對于普通BRB，由于一字形截面容易產(chǎn)生多波屈曲，在波峰處的無粘結(jié)材料容易被拉裂損壞，從而導(dǎo)致試件的拉壓不平衡系數(shù)在大幅值下超過規(guī)范規(guī)定的1.3限值;而對表面帶槽鋼襯板的BRB，由于鋼與鋼之間的摩擦系數(shù)較小，即使有的波峰處的無粘結(jié)材料發(fā)生了拉裂損壞，其拉壓不平衡系數(shù)也

6、能滿足不超過1.3的要求。
　　(5)對BRB構(gòu)件進行了有限元模擬，表明采用ABAQUS可以較好模擬BRB的低周反復(fù)加載過程。此外，對BRB中的接觸應(yīng)力進行了理論分析以及有限元模擬。結(jié)果表明，BRB中的接觸應(yīng)力和核心部件的寬度沒有關(guān)系，主要與核心部件的厚度有關(guān)，隨著厚度的增加，接觸區(qū)域面積增加，接觸應(yīng)力峰值顯著減小。另外，約束部件的剛度對接觸應(yīng)力也有一定的影響，但是影響程度較小。根據(jù)模擬結(jié)果，給出了BRB中接觸應(yīng)力峰值的簡化估計公